Способ контактной стыковой сварки рельсов

Авторы патента:

Козырев Николай Анатольевич (RU)

Юрьев Алексей Борисович (RU)

Шевченко Роман Алексеевич (RU)

Усольцев Александр Александрович (RU)

Козырева Ольга Анатольевна (RU)

Михно Алексей Романович (RU)

E01B29/42 - неразъемное соединение или закрепление конструктивных элементов путей, например сваркой, склеиванием; предварительная сборка конструктивных элементов путей склеиванием; уплотнение стыков наполнителями (E01B 31/26 имеет преимущество; устройства для нагрева E01B 31/18; сварка вообще B23K; склеивание металлических частей вообще F16B 11/00)

B23K11/04 - стыковая сварка оплавлением

B23K101/26 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2756553:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении контактной стыковой сваркой длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта. После предварительной механической обработки свариваемых концов рельсов и их разогрева осуществляют осадку в течение 160–260 с, выдержку, с последующим пропусканием через сварной стык переменного электрического тока 4–6 импульсами длительностью 2–6 с с интервалами 10–30 с при плотности тока 2–40 А/мм². В периоды разогрева свариваемых концов и осадки осуществляют подачу аргона в зону сварки с давлением 1,05–1,5 МПа, расходом 0,06–0,20 м³/с и со скоростью истечения до 30 м/с. Изобретение обеспечивает получение требуемых физико-механических свойств сварного соединения за счет снижения уровня оксидных неметаллических включений и исключения микротрещин в сварном шве.

Изобретение относится к контактной стыковой сварке и может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта путем соединения рельсов.

Известен способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий операцию предварительной механической обработки, разогрев свариваемых концов и осадку, при котором после осадки производят выдержку 5÷15 секунд после чего через сварной стык пропускают переменный электрический ток 2÷4 импульсами длительностью 0,5÷220 секунд с интервалами 10÷40 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм² (RU №2641586 МПК В23К 11/04, В23К 101/26, C21D 9/50, C21D 9/04, опубл. 18.01.2018).

Существенными недостатками известного способа являются:

- высокая отбраковка сварных стыков по физико-механическим свойствам: низкие значения стрелы прогиба и усилия изгиба при испытании сварного стыка рельса на статический трехточечный изгиб;

- повышенная протяженность зоны термического влияния;

- повышенная отбраковка по поверхностным дефектам: трещины, раковины, поры.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий предварительную механическую обработку, свариваемых концов, их разогрев, осадку и последующую выдержку в течение 160÷260 секунд, после чего через сварной стык пропускают переменный электрического ток 4÷6 импульсами, длительностью 2÷6 секунд с интервалами 10÷30 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм². (RU №2725821 МПК В23К 11/04, В23К 101/26, C21D 9/04, C21D 9/50, опубл. 06.07.2020).

Существенными недостатками известного способа являются:

- повышенная отбраковка сварных стыков по физико-механическим свойствам в связи с повышенным уровнем загрязненности оксидными неметаллическими включениями, образующимися при окислении свариваемых поверхностей и образованием микротрещин в зоне образованных неметаллических включений в процессе сварки.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении требуемых физико-механических свойств сварного стыка, за счет исключения образования оксидных неметаллических включений при сварке, а также исключения образования микротрещин.

Для решения существующей технической проблемы в известном способе контактной стыковой сварки рельсов, включающем предварительную механическую обработку свариваемых концов, их разогрев, осадку в течение 160÷260 секунд, выдержку, с последующим пропусканием через сварной стык переменного электрического тока 4÷6 импульсами длительностью 2÷6 секунд с интервалами 10÷30 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм², согласно изобретению, в периоды разогрева свариваемых концов и осадки осуществляют подачу аргона в зону сварки с давлением 1,05÷1,5 МПа, расходом 0,06÷0,20 м³/с и со скоростью истечения до 30 м/с.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения:

- обеспечение требуемых физико-механических свойств сварного соединения за счет снижения уровня оксидных неметаллических включений в результате подачи аргона в зону сварки в периоды разогрева свариваемых концов и осадки;

- исключение микротрещин в сварном шве в зоне образованных при сварке неметаллических включений.

Предлагаемый способ осуществлялся с помощью машины контактной стыковой сварки, обеспечивающей импульсный подогрев свариваемых стыков в пределах температуры, необходимой для образования заданной структуры, исходя из диаграммы изотермического распада аустенита, оборудованной устройством подачи защитного газа - аргона в зону сварки в периоды разогрева свариваемых концов и осадки, что позволило исключить образование всех оксидных неметаллических включений, образуемых за счет окисления свариваемых поверхностей при сварке.

Заявляемые режимы подобраны опытным путем.

Согласно прототипу - способу контактной стыковой сварки рельсов параметры разогрева, осадки в течение 160÷260 секунд, выдержки, с последующим пропусканием через сварной стык переменного электрического тока 4÷6 импульсами длительностью 2÷6 секунд с интервалами 10÷30 секунд при плотности тока 2÷40 А/мм² не изменялись в опытах.

В качестве инертного газа выбран аргон в связи с более высокой плотностью по сравнению с воздухом и возможностью вытеснения последнего из зоны сварки, соответственно препятствующему окислению легирующих элементов с образованием оксидных включений при нагреве связанным с проведением контактной стыковой сварки рельсов.

Подача аргона в зону сварки с давлением 1,05÷1,5 МПа гарантированно обеспечивает оттеснение воздуха из зоны сварки, причем при повышении давления более 1,5 МПа увеличивается стоимость процесса сварки без повышения качественных показателей.

При расходе аргона менее 0,06 м³/с не удается достигнуть гарантированного оттеснения воздуха из зоны сварки, а при увеличении более 0,20 м³/с, повышаются расходные показатели, и увеличивается себестоимость процесса без обеспечения требуемого качества сварного соединения.

Скорость истечения аргона до 30 м/с в опытах обеспечило требуемое качество сварного соединения. Увеличение скорости истечения снижает качественные показатели процесса - увеличивает зону термического влияния.

Исследования проводили на рельсосварочной машине МСР-6301.

Сваривались по два полнопрофильных образца рельсов Р65, после чего проводили испытание стыков на трехточечный статический изгиб согласно СТО РЖД 1.08.002-2009 «Рельсы железнодорожные, сваренные электроконтактным способом». Испытания на статический изгиб проводили на прессе типа ПМС-320. Контрольные образцы испытывались после сварки и удаления грата в сварочной машине. При испытаниях на статический поперечный изгиб контрольный образец имел длину не менее 1200 мм со сварным стыком посередине. Нагрузку прикладывали в середине пролета контрольного образца в месте сварного стыка с расстоянием между опорами 1 м. В дальнейшем, после визуального контроля сварных стыков полнопрофильных рельсов, последние разрезались, и производилось исследование уровня загрязненности неметаллическими оксидными включениями, а так же изучалась микроструктура сварного шва и зон термического влияния.

Испытание одного контрольного образца производили, с приложением нагрузки на головку (растяжение в подошве), второй контрольный образец нагружали на подошву (растяжение в головке). Результатами испытания являются значения усилия, возникающего при изгибе Р_изг, кН и значения стрелы прогиба f_пр, мм при которых происходит разрушение контрольного образца, либо максимальные значения данных показателей, если образец не разрушился во время испытаний.

Испытания при заявляемых пределах подачи аргона в зону сварки (давление 1,05÷1,5 МПа, расход 0,06÷0,20 м³/с и скорость истечения до 30 м/с) обеспечили полное отсутствие оксидных неметаллических включений (оксидов железа, марганца, кремния и алюминия), а так же отсутствие микротрещин в зоне сварки. В используемом прототипе отбраковка по микротрещинам, образованным в зоне сварки по оксидным неметаллическим включениям составляла 0,01%.

Предлагаемый способ контактной стыковой сварки рельсов позволит обеспечить требуемые физико-механические свойства сварного соединения, исключить образование оксидных неметаллических включений, образованных при сварке, и уменьшить (исключить) отбраковку по микротрещинам в зоне сварного шва.

Способ контактной стыковой сварки рельсов, включающий предварительную механическую обработку свариваемых концов, их разогрев, осадку в течение 160–260 с, выдержку, с последующим пропусканием через сварной стык переменного электрического тока 4–6 импульсами длительностью 2–6 с с интервалами 10–30 с при плотности тока 2–40 А/мм², отличающийся тем, что в периоды разогрева свариваемых концов и осадки осуществляют подачу аргона в зону сварки с давлением 1,05–1,5 МПа, расходом 0,06–0,20 м³/с и со скоростью истечения до 30 м/с.

Изобретение относится к области верхнего строения железнодорожного пути, в частности к способам восстановления бетонного основания рельсового пути. Для восстановления сломанного анкера полым изнутри корончатым сверлом вырезают центральную часть головки анкера до уровня, в котором головка переходит в ножку.

Способ термитной сварки стыкового соединителя с рельсом // 2715927

Способ может быть использован для термитной сварки стыкового электротягового соединителя с боковой поверхностью головки рельса, например, на электрифицированном рельсовом транспорте при укладке новых рельсовых путей или при проведении на них ремонтно-восстановительных работ. Используют термитный элемент, выполненный плоским с выемкой, который устанавливают на боковой поверхности рельса.

Способ соединения рельсовых плетей бесстыкового пути // 2541618

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к рельсовому стыковому соединению, и может быть использовано при удлинении рельсовых плетей бесстыкового пути алюмотермитной сваркой в процессе их укладки на подрельсовое основание и при восстановлении их целостности. Определяют расчетом величину зазора между торцами свариваемых рельсов.

Способ приварки рельсовых стыковых соединителей фартучного типа рэсф-01 методом термитной сварки // 2530911

Способ может быть использован для приварки рельсовых стыковых соединителей фартучного типа РЭСФ-01, предназначенных для обеспечения электропроводности рельсовых стыков на участках железнодорожного пути с электрическими рельсовыми цепями, оборудованными устройствами автоблокировки. В месте привариваемого на рельс соединителя закрепляют складной или цельносварной металлический держатель, содержащий основание с хомутами, охватывающими головку рельса.

Сварочный агрегат для сварки двух рельсов железнодорожного пути // 2475582

Изобретение относится к сварочному агрегату для сварки двух рельсов железнодорожного пути, состоящему из двух сдвигаемых друг к другу в продольном направлении железнодорожного пути половин агрегата, каждая из которых снабжена парой предусмотренных для передачи тока контактных поверхностей для наложения на рельс имеющихся электродов.

Мобильный модульный рельсосварочный комплекс (мрск) // 2431010

Изобретение относится к рельсовому транспорту, а именно к комплексам для строительства и ремонта железнодорожных путей, сварке рельсов. .

Устройство для термитной сварки стыкового электротягового соединителя с боковой поверхностью головки рельса // 2398664

Изобретение относится к области термитной сварки, а именно к устройству для термитной сварки стыкового электротягового соединителя с боковой поверхностью головки рельса, и может быть использовано на железнодорожном транспорте. .

Способ удлинения рельсовых плетей бесстыкового пути // 2388864

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при удлинении рельсовых плетей бесстыкового пути алюмотермитной сваркой в процессе их укладки на подрельсовое основание и при восстановлении их целостности. .

Способ удаления дефектного участка рельсовой плети бесстыкового пути и восстановления ее целостности сваркой // 2300601

Изобретение относится к строительству железнодорожного полотна, более конкретно к способам для удаления рельсовых плетей, и может быть использовано при удалении дефектного участка рельсовой плети и восстановления ее целостности сваркой. .

Способ удаления поврежденных отрезков рельсов и машина для этого // 2298610

Изобретение относится к способу удаления поврежденных отрезков рельсов, согласно приведенным в ограничительной части п.1 формулы признакам, а также к машине для подготовки рельсов к сварке. .

Способ комплексного восстановления рабочих органов почвообрабатывающих орудий // 2756087

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа, изготовление накладной пластины из стали полосового проката ШХ15СГ толщиной 2,2 мм и ее приваривание контактно-точеной сваркой к восстанавливаемому рабочему органу, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины.